。750 北京科技大学学报 第32卷 表3相分析和粒度分析结果 Table 3 Results of phase and grain size anayses 炉次 卷取温度℃ 析出物质量 析出物平均 析出物 元素质量 分数% R% RA 分数% 尺寸，Dm AN 00051 00017 81.0 740 Fe Cna(CN 02849 00004 19.0 1000 3631 MnS 00188 0 0 AN 00021 00007 3盆3 680 Fe Ca(CN 03626 00003 43 476 3591 MnS 00195 0 0 AN 00046 00016 59.0 710 F C (CN 04263 00008 300 890 3608 MnS 00198 0 0 AN 00024 00008 29.6 640 Fe C3(CN 04202 00005 185 481 3266 MnS 0220 0 0 注：R为不同析出物中N元素占钢中熔炼八N元素的质量比，R为所有析出物中的N元素占钢中熔炼N元素的质量比. 23AN析出的热力学与动力学 1000 低碳钢中很难观察到纯的A颗粒，纳米尺寸 的AN晰出粒子具有复杂的化学成分，为简化计 900 算，假设钢中A和N以纯AN形式存在，讨论AN …炉次】 析出的热力学与动力学. 一炉次2 700 231热力学 铝与氮在钢中的固溶度积与温度有关，本文采 600 0.5 1015 2.02.5 用文献[5]中所给出的AN在奥氏体中的平衡固溶 临界核心尺寸m 度积公式： 图1AN在奥氏体中沉淀析出时的临界核心尺寸与温度的关系 肾[A1[y)y=103-6770/T(2) Fg 1 Relatonshp beween the critical core size ofAN Prec pitation h austenite and tem perature 式中，[A和[y为处于固溶状态的A和的质量 分数，%：T为热力学温度，K 由固溶度积公式，计算炉次1和2的AN开始 1000 析出温度分别为1018℃和1073℃，均低于铸坯在 900- 加热炉内的均热温度(1250℃)，在开轧前AN已经 完全固溶 赵800 …炉次1 一炉次2 232动力学 700 ()A析出的形核与长大.在实际轧制过程 中，析出物在奥氏体中不可能发生均匀形核析出，在 600504540-35.-30 -25-20 -15 lgl/K 应变诱导条件下析出物主要是在位错线上非均匀形 核析出9.首先确定在位错线形核条件下AN晰出 图2AN在奥氏体中沉淀析出时的相对形核率与温度的关系 Fg 2 Relatonshp beween the rel tive nucleation rate ofAN Pre 的有关参数，从而求出AN在奥氏体中位错线上沉 cipitation in austenite and xmpem ure 淀析出的临界核心尺寸和相对形核率（考虑了形变 储能的影响).图1和图2分别为计算得出的炉次1 由图1和图2可以看出：析出物在位错线上形 和炉次2钢中AN在奥氏体中位错线上沉淀析出的 核时，临界核心尺寸随着析出温度的降低而减小，在 临界核心尺寸和相对形核率与温度的关系.图2横 通常的析出温度范围内，AN的临界核心尺寸为 坐标中，代表形核率，K为与温度无关的常数. 0.5~2?相对形核率随温度的降低而迅速增大.北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 表 3 相分析和粒度分析结果 Table3 Resultsofphaseandgrainsizeanalyses 炉次 卷取温度 /℃ 析出物 析出物质量 分数 /% N元素质量 分数 /% R1 /% R2 /% 析出物平均 尺寸, D/nm AlN 0.005 1 0.001 7 81.0 740 ( Fe, Cr) 3 ( C, N) 0.284 9 0.000 4 19.0 100.0 363.1 1 MnS 0.018 8 0 0 AlN 0.002 1 0.000 7 33.3 680 ( Fe, Cr) 3 ( C, N) 0.362 6 0.000 3 14.3 47.6 359.1 MnS 0.019 5 0 0 AlN 0.004 6 0.001 6 59.0 710 ( Fe, Cr) 3 ( C, N) 0.426 3 0.000 8 30.0 89.0 360.8 2 MnS 0.019 8 0 0 AlN 0.002 4 0.000 8 29.6 640 ( Fe, Cr) 3 ( C, N) 0.420 2 0.000 5 18.5 48.1 326.6 MnS 0.022 0 0 0 注:R1 为不同析出物中 N元素占钢中熔炼 N元素的质量比, R2 为所有析出物中的 N元素占钢中熔炼 N元素的质量比. 2.3 AlN析出的热力学与动力学 低碳钢中很难观察到纯的 AlN颗粒, 纳米尺寸 的 AlN析出粒子具有复杂的化学成分 [ 4] , 为简化计 算, 假设钢中 Al和 N以纯 AlN形式存在, 讨论 AlN 析出的热力学与动力学. 2.3.1 热力学 铝与氮在钢中的固溶度积与温度有关, 本文采 用文献 [ 5]中所给出的 AlN在奥氏体中的平衡固溶 度积公式: lg( [ Al]·[ N] ) γ =1.03 -6 770/T ( 2) 式中, [ Al]和[ N]为处于固溶状态的 Al和 N的质量 分数, %;T为热力学温度, K. 由固溶度积公式, 计算炉次 1和 2的 AlN开始 析出温度分别为 1 018℃和 1 073℃, 均低于铸坯在 加热炉内的均热温度 ( 1 250℃), 在开轧前 AlN已经 完全固溶. 2.3.2 动力学 ( 1) AlN析出的形核与长大.在实际轧制过程 中, 析出物在奥氏体中不可能发生均匀形核析出, 在 应变诱导条件下析出物主要是在位错线上非均匀形 核析出 [ 6] .首先确定在位错线形核条件下 AlN析出 的有关参数, 从而求出 AlN在奥氏体中位错线上沉 淀析出的临界核心尺寸和相对形核率 (考虑了形变 储能的影响 ) .图 1和图 2分别为计算得出的炉次 1 和炉次 2钢中 AlN在奥氏体中位错线上沉淀析出的 临界核心尺寸和相对形核率与温度的关系 .图 2横 坐标中, I代表形核率, K为与温度无关的常数. 图 1 AlN在奥氏体中沉淀析出时的临界核心尺寸与温度的关系 Fig.1 RelationshipbetweenthecriticalcoresizeofAlNprecipitation inausteniteandtemperature 图 2 AlN在奥氏体中沉淀析出时的相对形核率与温度的关系 Fig.2 RelationshipbetweentherelativenucleationrateofAlNpre￾cipitationinausteniteandtemperature 由图 1和图 2可以看出 :析出物在位错线上形 核时, 临界核心尺寸随着析出温度的降低而减小, 在 通常的析出温度范围内, AlN的临界核心尺寸为 0.5 ～ 2 nm;相对形核率随温度的降低而迅速增大. · 750·